《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)大綱
課程名稱：
| 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)
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課程編號(hào)：
| 408407
| 436404
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適用專業(yè)：
| 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)
| 軟件工程
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課程類別：
| 專業(yè)任選課
| 專業(yè)任選課
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課程學(xué)分：
| 2
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總學(xué)時(shí)：
| 36
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其中：理論學(xué)時(shí)
| 24
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實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)
| 12
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先修課程：
| C語言程序設(shè)計(jì)、matlab程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
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一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)
本課程旨在介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、理論、方法和系統(tǒng)，重視基本方法和經(jīng)典理論的學(xué)習(xí)，確保學(xué)生能對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門學(xué)科有一個(gè)全面的了解。針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展快，實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)科交叉內(nèi)容多的特點(diǎn)，以及本科生培養(yǎng)中“厚基礎(chǔ)，寬口徑”的要求，在講解圖形學(xué)的核心內(nèi)容的同時(shí)，也注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，并介紹圖形學(xué)近年來的最新進(jìn)展。通過這門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解并掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、基本原理和基本算法。培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)與圖形有關(guān)的軟件的能力。
二、課程教學(xué)基本內(nèi)容與要求
（一） 緒論
1．內(nèi)容
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與其它相關(guān)學(xué)科的關(guān)系；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用與研究領(lǐng)域；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史及發(fā)展動(dòng)向；相關(guān)的開發(fā)技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成；圖形輸入與輸出設(shè)備；計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
2．要求
理解記憶計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念；了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系；了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用與研究領(lǐng)域；了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史及發(fā)展動(dòng)向；了解相關(guān)的開發(fā)技術(shù)。了解計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成；了解常用的圖形輸入與輸出設(shè)備；理解并掌握光柵顯示系統(tǒng)(CRT、LCD)的原理及特點(diǎn)；了解計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
3．重點(diǎn)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、應(yīng)用領(lǐng)域。光柵顯示系統(tǒng)的原理及特點(diǎn)。
（二） 光柵圖形學(xué)
1．內(nèi)容
直線的光柵化算法（DDA算法、Bresenham算法、中點(diǎn)算法）；圓、橢圓的光柵化算法（Bresenham算法、中點(diǎn)算法、中點(diǎn)整數(shù)算法、中點(diǎn)整數(shù)優(yōu)化算法(二次差分法)）。
多邊形的掃描轉(zhuǎn)換（基礎(chǔ)知識(shí)、掃描線算法、邊緣填充法、柵欄填充法、邊界標(biāo)志法）；區(qū)域填充（基礎(chǔ)知識(shí)、種子算法、掃描線種子算法）；*圖像填充；字符的存儲(chǔ)及顯示；反走樣；*圖元屬性（線型、線寬的處理）。
基礎(chǔ)知識(shí)；直線裁剪（Cohen-Sutherland算法、中點(diǎn)算法、*參數(shù)法(Cyrus-Beck算法)、Liang－Barskey算法、*Nicholl-Lee-Nicholl算法）；*凹多邊形窗口裁剪(凹多邊形的判斷，凹多邊形的分割)；*內(nèi)裁剪、外裁剪的基本概念；多邊形裁剪（Sutherland-Hodgman算法、*Weiler-Atherton算法)；文本裁剪的基本概念。
基礎(chǔ)知識(shí)；常用消隱算法（線消隱、畫家算法、Z緩沖區(qū)算法、*掃描線算法、*Roberts算法、*Warnock算法、光線跟蹤算法）。
2．要求
理解光柵顯示系統(tǒng)出成像特點(diǎn)(最優(yōu)像素逼近)；理解并掌握常用的基本圖元生成算法。掌握基本概念；了解常用算法；掌握掃描線算法、種子算法；了解字符的存儲(chǔ)及顯示技術(shù)；了解走樣的產(chǎn)生原因及常用的發(fā)走樣技術(shù)。了解基礎(chǔ)知識(shí)和常用算法；掌握基本概念；掌握Cohen-Sutherland算法、Liang－Barskey算法；掌握Sutherland-Hodgman算法。了解基礎(chǔ)知識(shí)；初步掌握常用消隱技術(shù)的基本原理及算法；可利用相關(guān)開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)消隱。
3．重點(diǎn)
直線和圓的生成算法。掃描線算法、種子算法。Cohen-Sutherland算法、Liang－Barskey算法、Sutherland-Hodgman算法。Z緩沖器算法。
（三） 幾何造型技術(shù)
1．內(nèi)容
曲線和曲面的基礎(chǔ)知識(shí)；Hermite曲線與曲面；貝塞爾曲線與曲面；B樣條曲線與曲面。*數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；基本概念（窗口與視區(qū)、坐標(biāo)體系）；二維圖形的幾何變換；三維圖形的幾何變換；坐標(biāo)系變換；投影變換；三維圖形的顯示流程（觀察體(視體)變換，三維裁剪，投影）?；A(chǔ)知識(shí)；常用形體表示模型（結(jié)構(gòu)化的形體幾何表示模型(CSG)、邊界表示模型(B-rep)、掃描變換表示模型、單元分解表示模型）；*過程模型。
2．要求
掌握曲線和曲面的基礎(chǔ)知識(shí)；掌握常用的參數(shù)曲線（Hermite曲線、貝塞爾曲線、B樣條曲線）的表示形式及生成算法，以及曲線的性質(zhì)和圖形特點(diǎn)；了解常用的參數(shù)曲面（Hermite曲面、貝塞爾曲面、B樣條曲面）的表示形式及曲面性質(zhì)、圖形特點(diǎn)。掌握基本概念；掌握二維圖形和三維圖形的幾何變換；掌握坐標(biāo)系變換及常用的投影變換；了解三維圖形的顯示流程。了解幾何造型的相關(guān)知識(shí)，了解相關(guān)的開發(fā)工具。
3．重點(diǎn)
曲線和曲面的基礎(chǔ)知識(shí)、貝塞爾曲線、B樣條曲線?；靖拍?、二維圖形和三維圖形的幾何變換、常用的投影變換?；A(chǔ)知識(shí)、常用形體表示模型。
（四）真實(shí)感圖形學(xué)
1．內(nèi)容
顏色論（顏色的視覺特性、三色學(xué)說、CIE-RGB系統(tǒng)、CIE-XYZ系統(tǒng)、CIE色度圖、常用的顏色模型）；簡(jiǎn)單光照模型（Phong模型、Gouraud明暗處理、Phong明暗處理）；紋理、陰影、透明；整體光照模型。
2．要求
了解顏色論的基本知識(shí)；掌握常用顏色模型及其相互轉(zhuǎn)換的方法；掌握簡(jiǎn)單光照模型；了解紋理、陰影、透明等相關(guān)知識(shí)；了解整體光照模型。
3．重點(diǎn)
顏色論、簡(jiǎn)單光照模型。
（五）圖形標(biāo)準(zhǔn)
1．內(nèi)容
OpenGL簡(jiǎn)介，基本幾何元素繪制，坐標(biāo)變換，光照處理，顯示列表，紋理貼圖，真實(shí)感圖形基礎(chǔ)
三、課程各章節(jié)學(xué)時(shí)分配
章節(jié)
| 內(nèi)容
| 理論學(xué)時(shí)
| 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)
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計(jì)科
| 軟工
| 計(jì)科
| 軟工
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1
| 緒論
| 2
| 2
|
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2
| 光柵圖形學(xué)
| 8
| 8
| 6
| 6
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3
| 幾何造型技術(shù)
| 8
| 8
| 2
| 2
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4
| 真實(shí)感圖形學(xué)
| 4
| 4
| 4
| 4
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5
| 圖形標(biāo)準(zhǔn)
| 2
| 2
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合 計(jì)
| 24
| 24
| 12
| 12
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四、本課程課外學(xué)習(xí)與修學(xué)指導(dǎo)
學(xué)好該課程需要每個(gè)人親自動(dòng)手做大量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通常采用Matlab。所以要求學(xué)生先期掌握更多的matlab中與像素、圖形相關(guān)的編程知識(shí)。另一方面，點(diǎn)、直線、曲線處理的理論部分需要較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底。
五、本課程考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
考核方式：考查
成績(jī)?cè)u(píng)定方法：本課程的考核是平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)相結(jié)合。具體比例為：上課出勤占30%，實(shí)驗(yàn)編程及實(shí)驗(yàn)報(bào)告占70%。
六、教材及參考書
教材：孫家廣與胡事民編著，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，2009
主要參考書：
[1] （美）Francis S Hill等著、胡事民等譯，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（OpenGL版）第3版，北京：清華大學(xué)出版社，2009
[2] 胡事民，劉利剛，劉永進(jìn)，張松海 譯. Francis S Hill Jr, Stephen M Kelley著.《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（OpenGL版）》 第3版.北京：清華大學(xué)出版社，2009.
[3] Samuel R. Buss. 3D Computer Graphics: A Mathematical Introduction with OpenGL.CambridgeUniversityPress, 2003.
[4] Donald Hearn, M.Pauline Baker. Computer Graphics (C Version).北京：清華大學(xué)出版社，1998
大綱撰寫人：羅如為
大綱審閱人：袁輝勇
教學(xué)副主任：易葉青
編寫日期：2012.6
